Σύσταση Συστήματος Παραγωγής Αζώτου PSA, Αρχή Λειτουργίας και Διαδικασία Ελέγχου

1. Σύσταση Συστήματος

Το σύστημα παραγωγής αζώτου PSA αποτελείται κυρίως από έναν συμπιεστή αέρα, σύστημα καθαρισμού αέρα, δεξαμενή αποθήκευσης αέρα, βαλβίδες εναλλαγής, πύργους προσρόφησης και δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου.

Ο αέρας εισόδου συμπιέζεται από τον συμπιεστή αέρα και στη συνέχεια διέρχεται από το σύστημα καθαρισμού για απομάκρυνση σκόνης, λαδιού και ξήρανση. Μετά τον καθαρισμό, ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στη δεξαμενή αποθήκευσης αέρα και στη συνέχεια ρέει στον αριστερό πύργο προσρόφησης μέσω της αριστερής βαλβίδας εισόδου.

Αυτή τη στιγμή, η πίεση εντός του πύργου προσρόφησης αυξάνεται. Τα μόρια αζώτου στον πεπιεσμένο αέρα διέρχονται από το μοριακό κόσκινο άνθρακα (CMS) κρεβάτι προσρόφησης, ενώ τα μόρια οξυγόνου προσροφώνται προτιμησιακά από το μοριακό κόσκινο. Το αέριο άζωτο που δεν προσροφάται διέρχεται από το κρεβάτι προσρόφησης και εισέρχεται στη δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου μέσω της βαλβίδας εξόδου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται προσρόφηση, και συνήθως διαρκεί μερικές δεκάδες δευτερόλεπτα.

Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας προσρόφησης, οι αριστεροί και δεξιοί πύργοι προσρόφησης συνδέονται μέσω της βαλβίδας εξισορρόπησης, επιτρέποντας στην πίεση μεταξύ των δύο πύργων να φτάσει σε ισορροπία. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εξισορρόπηση πίεσης, η οποία διαρκεί περίπου 3–5 δευτερόλεπτα.

Μετά την εξισορρόπηση πίεσης, ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον δεξιό πύργο προσρόφησης μέσω της δεξιάς βαλβίδας εισόδου και επαναλαμβάνεται η παραπάνω διαδικασία προσρόφησης.

Ταυτόχρονα, τα μόρια οξυγόνου που προσροφώνται από το μοριακό κόσκινο άνθρακα στον αριστερό πύργο προσρόφησης απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα μέσω της αριστερής βαλβίδας εξαγωγής κατά τη μείωση της πίεσης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εκρόφηση. Μέσω της εκρόφησης, το κορεσμένο μοριακό κόσκινο αναγεννάται και προετοιμάζεται για τον επόμενο κύκλο προσρόφησης.

Ομοίως, όταν ο δεξιός πύργος πραγματοποιεί προσρόφηση, ο αριστερός πύργος πραγματοποιεί αναγέννηση. Αφού ο δεξιός πύργος ολοκληρώσει την προσρόφηση, το σύστημα εισέρχεται σε άλλη διαδικασία εξισορρόπησης πίεσης και στη συνέχεια εναλλάσσεται πίσω σε προσρόφηση του αριστερού πύργου.

Μέσω αυτής της εναλλασσόμενης διαδικασίας προσρόφησης και αναγέννησης, η γεννήτρια αζώτου PSA παράγει συνεχώς αέριο άζωτο.

Ολόκληρη η διαδικασία ελέγχεται αυτόματα από ένα σύστημα ελέγχου PLC και αυτόματες βαλβίδες εναλλαγής.

2. Αρχή Λειτουργίας Γεννήτριας Αζώτου PSA

Η γεννήτρια αζώτου PSA λειτουργεί με βάση την αρχή της Προσρόφησης με Διακύμανση Πίεσης (PSA).

Χρησιμοποιεί υψηλής ποιότητας μοριακό κόσκινο άνθρακα (CMS) ως προσροφητικό για τον διαχωρισμό του αζώτου από τον πεπιεσμένο αέρα υπό μια ορισμένη πίεση.

Μετά τον καθαρισμό και την ξήρανση, ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στους πύργους προσρόφησης, όπου υφίσταται προσρόφηση υπό πίεση και εκρόφηση υπό μείωση πίεσης.

Λόγω των διαφορετικών ρυθμών διάχυσης των μορίων οξυγόνου και αζώτου στους μικροπόρους του μοριακού κοσκίνου άνθρακα, τα μόρια οξυγόνου διαχέονται πολύ ταχύτερα από τα μόρια αζώτου. Επομένως, το οξυγόνο προσροφάται προτιμησιακά από το μοριακό κόσκινο, ενώ τα μόρια αζώτου παραμένουν στην αέρια φάση και εμπλουτίζονται, σχηματίζοντας αέριο άζωτο υψηλής καθαρότητας.

Μετά τη διαδικασία προσρόφησης, η πίεση του πύργου προσρόφησης μειώνεται στην ατμοσφαιρική πίεση. Το προσροφημένο οξυγόνο και άλλες ακαθαρσίες απελευθερώνονται από το μοριακό κόσκινο, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία αναγέννησης.

Κανονικά, το σύστημα είναι εξοπλισμένο με δύο πύργους προσρόφησης, Πύργος Α και Πύργος Β.

• Ένας πύργος παράγει άζωτο μέσω προσρόφησης.
• Ο άλλος πύργος πραγματοποιεί εκρόφηση και αναγέννηση.

Μέσω του αυτόματου ελέγχου πνευματικών βαλβίδων, οι δύο πύργοι προσρόφησης λειτουργούν εναλλάξ, εξασφαλίζοντας συνεχή παραγωγή αζώτου υψηλής ποιότητας.

3. Διαδικασία Ελέγχου Γεννήτριας Αζώτου PSA

Η ροή της διαδικασίας του συστήματος παραγωγής αζώτου PSA περιλαμβάνει κυρίως έναν συμπιεστή αέρα, εξοπλισμό καθαρισμού αέρα, πύργους προσρόφησης, σύστημα ελέγχου PLC, αυτόματες βαλβίδες και δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου.

Ο συμπιεστής αέρα παρέχει επαρκή ροή αέρα και διατηρεί σταθερή πίεση εισόδου, γενικά γύρω στα 0.75–0.8 MPa.

Μετά τη διέλευση από τον ψυκτικό στεγνωτήρα και το σύστημα καθαρισμού, αφαιρούνται υγρασία, λάδι και στερεά σωματίδια από τον πεπιεσμένο αέρα.

Για να διασφαλιστεί συνεχής και σταθερή παροχή αζώτου, το σύστημα χρησιμοποιεί δύο πύργους προσρόφησης (Πύργος Α και Πύργος Β) που λειτουργούν εναλλάξ.

Ο καθαρισμένος πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον Πύργο Α μέσω ηλεκτροελεγχόμενων πνευματικών βαλβίδων Y1 και Y2 από τον πυθμένα του πύργου προσρόφησης.

Καθώς ο αέρας διέρχεται από το κρεβάτι μοριακού κοσκίνου άνθρακα, τα μόρια οξυγόνου στον αέρα προσροφώνται από τους μικροπόρους του CMS, ενώ τα μόρια αζώτου συγκεντρώνονται στην αέρια φάση.

Το αέριο άζωτο προϊόν εξέρχεται από την κορυφή του πύργου προσρόφησης και εισέρχεται στη δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου μέσω των βαλβίδων Y6 και Y8.

Αυτή η διαδικασία είναι η διαδικασία παραγωγής αζώτου του Πύργου Α.

Ταυτόχρονα, τα μόρια οξυγόνου που προσροφώνται στον Πύργο Β απελευθερώνονται μέσω της βαλβίδας Y5, μειώνοντας την πίεση του Πύργου Β στην ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εκρόφηση αναγέννησης.

Όταν η ικανότητα προσρόφησης του μοριακού κοσκίνου άνθρακα στον Πύργο Α φτάσει σε κορεσμό, ο Πύργος Α σταματά την προσρόφηση.

Αυτή τη στιγμή:

• Οι βαλβίδες Y1, Y4, Y5 και Y8 κλείνουν.
• Οι βαλβίδες Y2, Y3, Y6 και Y7 ανοίγουν.

Οι δύο πύργοι πραγματοποιούν εξισορρόπηση πίεσης.

Μετά την εξισορρόπηση πίεσης, το σύστημα εναλλάσσεται σε:

• Προσρόφηση Πύργου Β
• Αναγέννηση Πύργου Α

Ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον πυθμένα του Πύργου Β μέσω των βαλβίδων Y1 και Y3.

Το μοριακό κόσκινο άνθρακα εντός του Πύργου Β προσροφά μόρια οξυγόνου, ενώ το αέριο άζωτο ρέει μέσω των βαλβίδων Y7 και Y8 στη δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου.

Αυτό ολοκληρώνει τη διαδικασία παραγωγής αζώτου του Πύργου Β.

Με τη συνεχή εναλλαγή μεταξύ προσρόφησης και αναγέννησης του Πύργου Α και του Πύργου Β, το σύστημα παρέχει συνεχώς αέριο άζωτο.

4. Αυτόματη Διαδικασία Ελέγχου PLC

Η ακολουθία ανοίγματος και κλεισίματος των βαλβίδων Y1–Y8, οι χρόνοι εναλλαγής και οι κύκλοι λειτουργίας ελέγχονται πλήρως από το σύστημα PLC.

Κατά την κανονική λειτουργία, η αυτόματη διαδικασία κύκλου είναι η εξής:

1. Πατήστε το κουμπί έναρξης.
2. Ο ψυκτικός στεγνωτήρας ξεκινά.
3. Μετά από προκαθορισμένο χρόνο καθυστέρησης, ο συμπιεστής αέρα ξεκινά.
4. Μετά από άλλη καθυστέρηση, το σύστημα εισέρχεται σε προσρόφηση Πύργου Α.
5. Μετά την περίοδο προσρόφησης, ξεκινά η εξισορρόπηση πίεσης μεταξύ Πύργου Α και Πύργου Β.
6. Το σύστημα εναλλάσσεται σε προσρόφηση Πύργου Β.
7. Ο Πύργος Β ολοκληρώνει την προσρόφηση και πραγματοποιείται εξισορρόπηση πίεσης.
8. Το σύστημα εναλλάσσεται πίσω σε προσρόφηση Πύργου Α.

Αυτός ο κύκλος επαναλαμβάνεται αυτόματα για να παράγει συνεχώς άζωτο.

Όταν πατηθεί το κουμπί διακοπής, ολόκληρο το σύστημα σταματά τη λειτουργία.

5. Κατάσταση Ελέγχου Βαλβίδων

Κατά τη διάρκεια των διαφορετικών σταδίων λειτουργίας της γεννήτριας αζώτου PSA, η κατάσταση λειτουργίας των βαλβίδων Y1–Y8 ελέγχεται σύμφωνα με τις ακόλουθες διαδικασίες:

Προσρόφηση Πύργου Α

Οι αντίστοιχες βαλβίδες ανοίγουν για να επιτρέψουν στον πεπιεσμένο αέρα να εισέλθει στον Πύργο Α και στο αέριο άζωτο προϊόν να ρέει στη δεξαμενή αποθήκευσης αζώτου.

Εξισορρόπηση Πίεσης Α → Β

Η πίεση μεταξύ Πύργου Α και Πύργου Β εξισορροπείται μέσω των βαλβίδων εξισορρόπησης.

Προσρόφηση Πύργου Β

Ο Πύργος Β παράγει άζωτο ενώ ο Πύργος Α πραγματοποιεί αναγέννηση.

Εξισορρόπηση Πίεσης Β → Α

Η πίεση μεταξύ των δύο πύργων εξισορροπείται πριν την εναλλαγή πίσω σε προσρόφηση Πύργου Α.

Σημείωση:

• Το "+" υποδεικνύει ότι η βαλβίδα είναι ανοιχτή.
• Κατά την εξισορρόπηση πίεσης, οι σχετικές βαλβίδες ανοίγουν μετά από προκαθορισμένο χρόνο καθυστέρησης.
• Οι χρόνοι καθυστέρησης μπορούν να ρυθμιστούν εντός του εύρους 0–999 δευτερολέπτων σύμφωνα με τις απαιτήσεις λειτουργίας.

6. Απαιτήσεις Ελέγχου

Το σύστημα ελέγχου της γεννήτριας αζώτου PSA παρέχει δύο τρόπους λειτουργίας:

Λειτουργία Χειροκίνητης Λειτουργίας

Σε χειροκίνητη λειτουργία, οι χειριστές μπορούν:

• Να ελέγχουν την κατάσταση λειτουργίας των βαλβίδων Y1–Y8.
• Να εκκινούν και να σταματούν ανεξάρτητα τον συμπιεστή αέρα και τον ψυκτικό στεγνωτήρα.
• Να εμφανίζουν την κατάσταση ανοίγματος των βαλβίδων κατά τη διάρκεια:
  • Προσρόφηση Πύργου Α
  • Εξισορρόπηση Πίεσης Α=Β
  • Προσρόφηση Πύργου Β
  • Εξισορρόπηση Πίεσης Β=Α
• Να εμφανίζουν όλες τις συνθήκες λειτουργίας μέσω ενδεικτικών λυχνιών.

Λειτουργία Αυτόματης Λειτουργίας

Σε αυτόματη λειτουργία, το σύστημα λειτουργεί σύμφωνα με την προκαθορισμένη ακολουθία διαδικασίας PSA.

Το διάγραμμα ροής της προσομοιωμένης διαδικασίας εμφανίζει την τρέχουσα κατάσταση λειτουργίας σε πραγματικό χρόνο.

Όλοι οι χρόνοι καθυστέρησης κατά την αυτόματη λειτουργία μπορούν να ρυθμιστούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις παραγωγής, και το σύστημα μπορεί να εμφανίζει και να αναζητά τις τρέχουσες ρυθμίσεις καθυστέρησης σε πραγματικό χρόνο.

Η τεχνολογία γεννήτριας αζώτου PSA χρησιμοποιεί αυτόματο έλεγχο PLC, κύκλους προσρόφησης-αναγέννησης διπλού πύργου και τεχνολογία διαχωρισμού μοριακού κοσκίνου άνθρακα για την επίτευξη συνεχούς παραγωγής αζώτου υψηλής καθαρότητας με σταθερή απόδοση και αξιόπιστη λειτουργία.